تحلیل پارامترها ی مؤثر بر پایداری تونلها در برابر نیروهای ناشی از انفجار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مکانیک سنگ، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان، ایران

2 دانشجوی دکترای، تکتونیک، دانشگاه علوم و تحقیقات، تهران، ایران

چکیده

با توجه به تهدیدات روزافزون دشمنان علیه میهن اسلامی، اهمیت سازه‏های زیرزمینی مدفون به‏عنوان سازه‏هایی امن در برابر حملات هوایی و موشکی از دیدگاه پدافند غیرعامل را مشخص می‌نمایدطراحی زیرساخت‌های نظامی و غیرنظامی، علاوه بر عملکرد پدافندی در زمان جنگ، در زمان صلح نیز باید کاربری مناسب در برابر بلاهای طبیعی داشته باشد. مدل‌سازی عددی، روشی اقتصادی و یک ابزار کارآمد در تحلیل و طراحی مهندسی می‌باشد. در این تحقیق تأثیر پارامترهای مؤثر بر پایداری سازه‏های زیرزمینی در اثر موج ناشی از انفجار به‌صورت هماهنگ و همه جانبه و در نهایت طراحی سازه‏های امن زیرزمینی مورد بررسی قرار گرفته است. در ابتدا به بررسی تأثیر وجود و عدم حضور آب، هندسه و ابعاد فضای زیرزمینی، عمق قرارگیری، خصوصیات ژئومکانیکی توده‌سنگ، نسبت تنش‌های افقی به قائم، اندازه گودال انفجاری و فاصله افقی برخورد پرتابه نسبت بر میزان سرعت ذره‌ای حداکثر با استفاده از نرم‌افزار FLAC2D پرداخته شده است. برای بررسی تأثیر همه جانبه عوامل ذکر شده، از روش طراحی تاگوچی استفاده شده است. در آنالیز واریانس نتایج، رده‌بندی مهندسی توده‌سنگ رتبه اول و نسبت تنش افقی کم‌ترین تأثیر را بر میزان پایداری دارا می‌باشد. در رابطه با سطوح مختلف انتخابی برای پارامترهای مؤثر در طراحی آزمایش، آب به‏عنوان یک میراگر عمل نموده، در بین هندسه‌های انتخابی، دایره دارای بهترین عملکرد می‌باشد. ابعاد سطح مقطع، حتی المقدور باید کوچک و بهینه باشد. با افزایش عمق و کیفیت توده‌سنگ، مقدار پایداری تونل در مقابل انفجار افزایش می‌یابد. هر چه فاصله گودال انفجاری از تونل بیش‏تر و اندازه گودال بزرگ‌تر باشد، تأثیر آن بر پایداری تونل کمتر است.

کلیدواژه‌ها


[1] مرکز تحقیقات ساختمان و مسکن "پدافند غیرعامل، مبحث 21 مقررات ملی ساختمان"; دفتر امور مقررات ملی ساختمان، وزارت راه و شهرسازی، معاونت مسکن و ساختمان، نشر توسعه، ویرایش اول، 1391.
[2] Shahnazari, H.; Esmaeili, M.; Hosseini Ranjbar, H. “Simulating the Effects of Projectile Explosion on a Jointed Rock Mass Using 2D DEM: A Case Study of Ardebil-Mianeh Railway Tunnel”; Int. J. Civ. Eng., 2010, 8, 125-133.
[3] Gui, M. W.; Chien, M. C. “Blast-Resistant Analysis for a Tunnel Passing Beneath Taipei Shongsan Airport– A Parametric Study”; Geotech. Geol. Eng., 2006, 24, 227-248.
[4] انتظاری زارچ، حسین; دهقانی اشکذری، قاسم; برخورداری بافقی، کاظم "بررسی تأثیر شکل هندسی مقطع تونل در عملکرد لایه نگهدارنده تحت اثر بارگذاری انفجار خارجی"; مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، سال 5، شماره 1، صفحه 61، ۱۳۹۳.
[5] اسماعیلی، مرتضی; فلاح زاده، پوران "بررسی رفتار سازه‌ی زیرزمینی تحت اثر بارهای انفجاری (مطالعه موردی - خط 7 متروی تهران)"; هشتمین کنفرانس تونل ایران، دانشگاه تربیت مدرس تهران، انجمن تونل ایران، 1388.
[6] Wang, Z.; Lu, Y.; Hao, H. “Numerical Investigation of Effects of Water Saturation on Blast Wave Propagation in Soil Mass”; J. Eng. Mech., 2004, 130, 551-561.
[7] میرزینلی، سیدحسین; بازیار، محمدحسن; هاشمی، حمیدرضا; رابطی مقدم، مسعود "بررسی تأثیر انفجار پرتابه های متعارف برتونل‌های سطحی به کمک نرم افزار FLAC مطالعه موردی مترو کرج و حومه"; اولین کنفرانس پدافند غیرعامل و سازه‌های مقاوم، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، 1389.
[8] سبحانی، احسان "تحلیل عددی انتشار امواج حاصل از انفجار در محیط پیوسته و ناپیوسته"; پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1390.
[9] انتظاری زارچ, حسین; برخورداری بافقی، کاظم; مهرنهاد، حمید; دهقانی اشکذری، قاسم "بررسی اثر انفجار سطحی بر روی تونل متروی مشهد"; اولین کنفرانس ملی مهندسی ژئوتکنیک، اردبیل، دانشگاه محقق اردبیلی، 1392.
[10] Yang, Z. "Finite Element Simulation of Response of Buried Shelters to Blast Loadings"; Finite Elem. Anal. Des., 1997, 24, 113-132.
[11] Liu, H. “Dynamic Analysis of Subway Structures Under Blast Loading”; Geotech. Geol. Eng., 2009, 27, 699-711.
[12] Xia, X.; Li, J.; Li, H.; Liu, B.; Zhou, Q.; Zhao, J.; Liu, Y. “Study on Damage Characteristics of Rock Mass under Blasting Load in Lingao Nuclear Power Station, Guangdong Province”; Chin. J. Rock Mech. Eng., 2007, 12, 019.
[13]- قزوینیان، عبدالهادی; رحمتی پور، شهیما "اثر بمب‌های هوایی روی سازه‌های زیرزمینی"; مجله علمی-پژوهشی مواد پرانرژی، سال 6، شماره 2، صفحه 3، 1390.
[14] Nagy, N. M.; Eltehawy, E. A.; Elhanafy, H. M.; Eldesouky, A. "Numerical Modeling of Geometrical Analysis for Underground Structures"; In 13th. international conference on Aerospace science & aviation technology, Egypt. 2009.
[15] Nagy, N.; Mohamed, M.; Boot, J. C. "Nonlinear Numerical Modelling for the Effects of Surface Explosions on Buried Reinforced Concrete Structures”; Geomech. Eng., 2010, 2, 1-18.
[16] خیراندیش, محمدرضا; علیزاده صوری، بهزاد "بررسی تأثیر موج انفجار بر روی تونل‌های زیرزمینی مطالعه موردی: محدوده شمال تهران"; مجله علمی-پژوهشی علوم و فناوری‌های پدافند نوین، سال 7، شماره 3، صفحه 201، 1395.
[17] Mitelman, A.; Elmo, D. “Modelling of Blast-Induced Damage in Tunnels Using a Hybrid Finite-Discrete Numerical Approach”; J. Rock. Mech. Geotech. Eng., 2014, 6, 565-573.
[18] Montgomery, D. C. “Design and Analysis of Experiments”. John Wiley & Sons, 2008.
[19] شریف زاده، مصطفی; نورانی، رضا "خواص و رفتار مهندسی سنگ‌ها"; نشر صدا، 1390.
[20] Alamut Bridge and Building Engineering Co. “Design and Calculation of Concrete Segments”; 2006.
[21] Hustrulid, W.A.; Kuchta, M; Martin, R.K. “Open Pit Mine Planning and Design”, Two Volume Set & CD-ROM Pack. CRC Press, 2013.
[22] Jimeno, E. L.; Jimino, C. L.; Carcedo, A. “Drilling and Blasting of Rocks”, CRC Press; 1995.
[23] Itasca Consulting Group. INC. “FLAC-Fast Lagrangian Analysis of Continua”, Version 5.1., Minneapolis, MN, 2012.
[24] استوار، رحمت الله "آتشکاری در معادن"; انتشارات جهاد دانشگاهی صنعتی امیرکبیر، 1389.